実験2　ライントレースセンサーのデータ取得実験（ADC変換）

実験の目的：

ライントレースセンサーの基本的な動作原理と、ライントレースセンサーのデータ取得方法を習得します。
STM32 GPIO周辺機能ピンの設定方法を習得します。
STM32CubeMX で新規プロジェクトを作成し、MDK_ARMプロジェクトファイルを生成できるようにします。
keil IDEでユーザーコードを追加し、プロジェクトのテストを行えるようにします。

ライントレースの基本原理：

センサーの種類：

赤外線トラッキングセンサー：最も一般的なタイプで、赤外線送信器と受信器で構成されています。

信号の送受信：

赤外線送信器：赤外線を照射します。光が地面に当たると、その一部が地面で反射されます。

受信器：反射光を受け取り、受光強度に応じて地面の色や反射率を判定します。

検出：

主に黒と白のコントラストの検出に用いられます。黒い面はより多くの光を吸収し、白い面はより多くの光を反射します。

センサーが黒を検出すると、受信器の出力信号が変化します。

機能要件：

ライントレースセンサーのデータを取得します。

ハードウェアの準備：

STM32メインボード V1.3 * 1、ST-Linkダウンロードケーブル * 1、3Sバッテリーボックス * 1、リチウム電池 * 3、ライントレースセンサー * 1

回路接続：

ハードウェアモジュール

ヒント：ハードウェアおよびソフトウェア環境の設定

UNI-STM32開発ボード【V1.3】の紹介

UNI-STM32開発環境の設定【V2.0】

バッテリーおよび電源モジュール使用上の注意（必読）

電子モジュールの紹介

ピンの説明

4チャンネルライントレースモジュール	STM32メインボード
3.3V	3.3V
GND	GND
S1	PC2
S2	PC3
S3	PC4
S4	PC5

実物の配線

ソフトウェア設計：

設計フロー

プロジェクトのダウンロード

ソースコードのリンク：（HumansX サポートより提供）

プログラムコード

主要コード：main.c

/* USER CODE BEGIN Header */
/**
  ******************************************************************************
  * @file           : main.c
  * @brief          : Main program body
  ******************************************************************************
  * @attention
  *
  * Copyright (c) 2025 STMicroelectronics.
  * All rights reserved.
  *
  * This software is licensed under terms that can be found in the LICENSE file
  * in the root directory of this software component.
  * If no LICENSE file comes with this software, it is provided AS-IS.
  *
  ******************************************************************************
  */
/* USER CODE END Header */
/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
#include "main.h"
#include "usart.h"
#include "gpio.h"

/* Private includes ----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN Includes */
#include "line_sensor.h"
#include "string.h"
/* USER CODE END Includes */

/* Private typedef -----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PTD */

/* USER CODE END PTD */

/* Private define ------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PD */

/* USER CODE END PD */

/* Private macro -------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PM */

/* USER CODE END PM */

/* Private variables ---------------------------------------------------------*/

/* USER CODE BEGIN PV */

/* USER CODE END PV */

/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
void SystemClock_Config(void);
/* USER CODE BEGIN PFP */

/* USER CODE END PFP */

/* Private user code ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN 0 */

/* USER CODE END 0 */

/**
  * @brief  The application entry point.
  * @retval int
  */
int main(void)
{

  /* USER CODE BEGIN 1 */

  /* USER CODE END 1 */

  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* USER CODE BEGIN Init */

  /* USER CODE END Init */

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_USART1_UART_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */
  printf("Line sensor test!\r\n");
  HAL_Delay(1000);


  uint8_t LineSensorData[4];  //define linesensor value
  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    //print linesensor raw data--------------------------------------------------------------------------
    uint8_t *source = read_linesensor();  //get linesensor raw data
    memcpy(LineSensorData, source, sizeof(LineSensorData));  //copy line sensor data
    printf("Sensor: %d,%d,%d,%d\n",LineSensorData[0],LineSensorData[1],LineSensorData[2],LineSensorData[3]);

    //print linesensor sum data--------------------------------------------------------------------------
    uint8_t SumLineSensor;
    SumLineSensor = read_linesensor_int();
    printf("line_sensor_sum: %d\r\n", SumLineSensor);

    HAL_Delay(30);

    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

/**
  * @brief System Clock Configuration
  * @retval None
  */
void SystemClock_Config(void)
{
  RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
  RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};

  /** Configure the main internal regulator output voltage
  */
  __HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE();
  __HAL_PWR_VOLTAGESCALING_CONFIG(PWR_REGULATOR_VOLTAGE_SCALE1);

  /** Initializes the RCC Oscillators according to the specified parameters
  * in the RCC_OscInitTypeDef structure.
  */
  RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;
  RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLM = 4;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLN = 84;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLP = RCC_PLLP_DIV2;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLQ = 4;
  if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }

  /** Initializes the CPU, AHB and APB buses clocks
  */
  RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
                              |RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
  RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;
  RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
  RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2;
  RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;

  if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_2) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
}

/* USER CODE BEGIN 4 */

/* USER CODE END 4 */

/**
  * @brief  This function is executed in case of error occurrence.
  * @retval None
  */
void Error_Handler(void)
{
  /* USER CODE BEGIN Error_Handler_Debug */
  /* User can add his own implementation to report the HAL error return state */
  __disable_irq();
  while (1)
  {
  }
  /* USER CODE END Error_Handler_Debug */
}

#ifdef  USE_FULL_ASSERT
/**
  * @brief  Reports the name of the source file and the source line number
  *         where the assert_param error has occurred.
  * @param  file: pointer to the source file name
  * @param  line: assert_param error line source number
  * @retval None
  */
void assert_failed(uint8_t *file, uint32_t line)
{
  /* USER CODE BEGIN 6 */
  /* User can add his own implementation to report the file name and line number,
     ex: printf("Wrong parameters value: file %s on line %d\r\n", file, line) */
  /* USER CODE END 6 */
}
#endif /* USE_FULL_ASSERT */

操作手順：

全体の流れ：

(1) STM32CubeMXでピン割り当てと周辺機能の初期化設定を行い、設定コードを生成します。

(2) keil5でMDK_ARMプロジェクトファイルを開き、コードの編集・コンパイル・デバッグを行います。

基本パラメータ：

本ドキュメントの（ハードウェアモジュール）に従って開発環境を設定した後の基本パラメータは次のとおりです。

ソフトウェアバージョン：STM32CubeMX V6.14.0

ハードウェアプラットフォーム：STM32F407IGT6

コンパイル環境：MDK_ARM V5.3.2

デバッグツール：ST-LINK/V2

1. 新規プロジェクトの作成とMCUの設定

1.1 MCUの選択

STM32CubeMX を起動し、File > New Project をクリックします。

2. MCU の絞り込み条件を設定して STM32F407IGT6 を選択し、型番の列をクリックしてから、Start Project をクリックしてプロジェクトの設定を開始します。

プロジェクト設定画面は次のとおりです。

1.2 クロック設定とコア設定

Pinout & Configuration の System Core で、RCC（リセットおよびクロック制御） をクリックします。

HSE クロックソースを Crystal/Ceramic Resonator（水晶振動子またはセラミック発振子）に設定します。

設定に成功すると、対応するピン（OSC_IN と OSC_OUT）が自動的に設定されます（下図の緑色の部分を参照）。

機能：

外部高速水晶発振器（HSE）を接続し、システムに高精度なクロック源を供給します。

**RCC_OSC_IN**：水晶入力ピン。

**RCC_OSC_OUT**：水晶出力ピン（フィードバック信号）。

デフォルト機能：

**PH0**：**OSC_IN**（外部水晶入力）。

**PH1**：**OSC_OUT**（外部水晶出力）。

デバッグインターフェースのピンを設定します。System Core で SYS をクリックし、Debug モードを Serial Wire に設定します。

設定が完了すると、対応するピン出力（pinout）が緑色になります。

緑色の部分をクリックすると、詳細を確認できます。

1.3 クロックツリーの設定

次の順序でクロックパラメータを設定します。1. input frequency の値を 8 に変更、2. HSE を選択、3. PLLCLK を選択、4. HCLK の値を 84 に変更。その他のパラメータはデフォルトのままで構いません。

ヒント：設定時にはエラーが自動的に検出されます。周波数の設定が誤っている場合は、赤くハイライトされてエラーが表示されます。

2. MCU初期化パラメータの設定

2.1 USARTシリアルポートの設定

PA9 と PA10 を USART1_TX と USART1_RX に設定します。GPIOをクリックし、ピンを設定します（この時点ではUSART1が未設定のため、ピンに黄色の警告が表示されます）。

Connectivity → USART1 をクリックし、モードを Asynchronous に設定します（USART1の設定後、関連ピンが緑色で表示され、ピン設定が正常であることを示します）。

2.2 プロジェクト管理の設定

デフォルトの画面は次のとおりです。

プロジェクト名を入力します（任意に設定してください）。

プロジェクトの保存先を選択します（Cドライブには保存しないでください）。

コンパイル環境として MDK_ARM を選択します。

バージョン V5.3.2 を選択します。

ファームウェアパッケージ名とバージョン。

（ヒント：デフォルトでは Use latest available version にチェックが入っています。ただし、PCに最新バージョンがない場合はエラーになるため、パッケージを各自でダウンロードしてローカルにインストールする必要があります。インストール方法は下記リンクを参照してください。

UNI-STM32開発環境の設定【V2.0】（リンク先の「6. よくある設定Q&A」のQ3に解決方法があります）

上記の設定が完了すると、下図のようになります。

2.Project Mannager > Code Generator ウィンドウを次のように設定します。

3.Project Mannager > Advanced Settings ウィンドウで、HAL ライブラリを選択します。

プロジェクトを保存します：File → Save Project をクリックします。

3. GPIO設定：ライントレースモジュールのピン

ピン	機能
PC2	Input
PC3	Input
PC4	Input
PC5	Input

PC2 ピンの設定。

(1) GPIOをクリックし、Pinout view 画面下部で PC2 を検索すると、ピンビュー上の PC2 が点滅します。PC2 を左クリックし、GPIO_input を選択します。

列 1	列 2

(2) PC2 の行をダブルクリックし、GPIO Pull-up/Pull-down の項目でドロップダウンリストから Pull-up を選択します。

図中の設定の意味

Pull-up：該当ピンの内部プルアップ抵抗を有効にし、デフォルトでHighレベルになります。

Pull-down：内部プルダウン抵抗を有効にし、デフォルトでLowレベルになります。

No pull-up/pull-down：プルアップ・プルダウンを無効にします。レベルを安定させるには外部回路が必要です。

同様の方法で PC3、PC4、PC5 のピンを設定します。最終的な設定は次のとおりです。

プロジェクトファイルを再度保存します。

ヒント：プロジェクトファイルは必ず再度保存してください（主にパラメータを保存するためです）。File → Save Project をクリックします。

4. コードの生成

1. GENERATE CODE をクリックしてコードを生成します。

コードが自動生成されます。

コードの生成に成功しました。

5. ユーザーコードの追加

上記で生成したフレームワークをもとに、keilエディタでユーザーコードを追加し、コンパイル・デバッグを行います。

ヒント1：例えば main.c の /* USER CODE BEGIN xx */ と /* USER CODE END xx */ の間にユーザーコードを追加します。

ヒント2：.c ファイルを独自に作成することもできます。

ヒント3：ユーザーコードは自分で記述しても構いません。（コード解説）に掲載したサンプルを参考に学習することもできます。

6. コードのダウンロードとテスト

(1) プロジェクトをダウンロードします。ここではデモを用意しています（本ドキュメントの「ソフトウェア設計 → プロジェクトのダウンロード」から直接ダウンロードできます）。

書き込み方法は参考リンク（UNI-STM32開発環境の設定【V2.0】の「5. プログラムのダウンロード」）を参照してください。

(2) メインボードの電源スイッチをオンにし、動作を確認します。

実験結果

シリアルモニターで、4チャンネルライントレースセンサーのリアルタイムデータを取得します。以下はライントレースモジュールのテストで返されたデータです。

黒線を検出した場合は 1、黒線を検出しなかった場合は 0 になります。

コード解説

1. ユーザーコードの解説

下図は、プロジェクトファイルに追加したユーザーコードです。

2. ユーザーコードの取り込み方法

1つ目の方法は、ユーザー定義ファイル（.c や .h など）を自分のプロジェクトフォルダに取り込み、keil5 IDEで .c ファイルを追加してコンパイルする方法です。

既存のユーザーファイルの取り込み：keilで既存のユーザーファイルを取り込む方法を参照してください。

2つ目の方法は、main.c ファイルにユーザーコードを追加する方法です。

(1) まず参考プロジェクトのコードを開きます。main.c ファイルは主にSTM32CubeMXによって自動生成されたものです。このフレームワークをもとに実現したい機能を追加・補完します。具体的には /* USER xx で始まり、終わる部分のコードを確認してください。下図の赤で示した部分が追加したユーザーコードです。

(2) 上記の赤で示したコードを自分のプロジェクトの main.c にコピーし、コンパイル・書き込みを行って動作を確認します。

技術サポート・お問い合わせ

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実験2 ライントレースセンサーのデータ取得実験（ADC変換）